Betonpumpentechnik

In einem Rohr fließen
Der Flüssigkeitsfluss in einem Rohr hängt vom ausgeübten Druck ab, der Radius des Rohres und
die Viskosität der Flüssigkeit. Für eine Newtonsche Flüssigkeit, Der Durchfluss ist direkt proportional zum
Viskosität, was eine Konstante ist. Für ein nicht-newtonsches Fluid mit einer abhängigen Viskosität
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auf die Scherbeanspruchung, wie Mörtel und Beton, Die Durchflussmenge ist eine komplizierte Funktion
der Viskosität.
Die Viskosität () einer Flüssigkeit ist das Verhältnis der Schubspannung () zur Scherrate (̇):
= /̇. Diese Definition ist für Newtonsche Flüssigkeiten praktisch, und bestimmte Nicht-Newtonsche
Flüssigkeiten. In anderen Fällen, Jedoch, ein technischer Ansatz zur Beschreibung einer Flüssigkeitsdose
Vereinfachen Sie die Analyse. Zum Beispiel, wenn die Flüssigkeit als Potenzgesetzflüssigkeit angenähert wird, es kann
durch Gl. beschrieben werden. 1 wobei τ die Scherspannung ist, K ist der Potenzgesetz-Konsistenzindex, ̇
die Scherrate, n der Exponent des Potenzgesetzes:
n = Kγt  [ 1] Das entsprechende Geschwindigkeitsprofil in einem kreisförmigen Rohr ergibt sich dann durch die Gleichung 2 [4]:
1 1/
2
(3 1) ( ) 1 ( ) ( 1)
N
p p
Qn r v r
p Rn R
+ +   =   − +    
[ 2] Dabei ist v die Fluidgeschwindigkeit als Funktion der radialen Position, R , im Rohr, Q die
Volumenstrom, und Rp der Rohrradius. Der Konsistenzindex des Fluidkraftgesetzes, K,
kann mit der folgenden Gleichung berechnet werden 3 [4], was einen Druckabfall erfordert
Messung über eine bestimmte Länge:
3 3 1/
2
N
N
P
P Q K R
L p
∆   − − =    
[ 3] wobei ∆P der Druckabfall ist, und L der Abstand zwischen den Drucksensoren. Die
Der Exponent n und der Faktor K könnten ebenfalls über eine Gleichung ermittelt werden 1 aus rheologisch
Messungen der Flüssigkeit mit einem Rheometer, falls verfügbar. Aber Gleichungen 2 und 3 könnte
auch zur Bestimmung von n und K aus der Rohrströmung verwendet werden, in Ermangelung eines geeigneten Rheometers.
Die Schergeschwindigkeit an der Wandoberfläche wird mit der folgenden Gleichung berechnet [5, 6]:
3
3 1 ( ) P
P
n Q r R
n R c
P
+  = = [ 4] Die lokale Schubspannung beträgt
τ = ∆rP L / 2 [ 5] Die Gleichungen 1 durch 5 beschreiben die Strömung einer homogenen Flüssigkeit in einem Rohr.
jedoch, Beton ist eine komplexere Flüssigkeit, da er Zuschlagstoffe mit einem breiten Spektrum enthält
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Auswahl an Größen. Diese Aggregate interagieren mit den Rohrwänden und untereinander, erstellen
Inhomogenitäten in der Flüssigkeit. Daher, Der Betonfluss in einem Rohr erfolgt typischerweise in drei Schichten
oder Regionen [5, 6] wie in der Abbildung gezeigt 1:
• Gleitschicht oder Gleitschicht,
• Der Scherbereich oder die Scherschicht, und
• Der innere Beton oder die innere Schicht, wird auch als Pfropfenströmungsschicht bezeichnet
Die Dicke der Gleitschicht hängt von der Tribologie des angrenzenden Materials ab
zum Rohrmaterial. Tribologie ist „die Wissenschaft und Technologie, die sich mit der Interaktion befasst.“
Oberflächen in relativer Bewegung, einschließlich Reibung, Schmierung, tragen, und Erosion“ [7]. Die
Dicke von, und das Geschwindigkeitsprofil darin, Die Scherschicht hängt von der ab
Viskosität und die Fließspannung. Die Dicke der Innenschicht hängt von der Ausbeute ab
Stress.
Die Zusammensetzung und physikalischen Eigenschaften jeder Schicht sind schwer zu kennen.
Ihre Charakterisierung erfordert die Gewinnung von Material aus unterschiedlichen Regionen. Die
Die Gleit-/Schmierschicht enthält hauptsächlich Zementleim und möglicherweise sehr kleine Sandpartikel
[8], während die innere Schicht grobe Aggregate enthält. Auch, der Durchmesser der Innenschicht
oder die Dicke der Gleitschicht ist unbekannt. Es ist denkbar, dass die Vorhersage konkret ist
Für die Strömung in einem Rohr ist die Charakterisierung jeder einzelnen Schicht erforderlich.
Figur 1: Profil des Betonflusses in einem Rohr [6] 2.2. Gleitschicht
Mehrere Forschungsgruppen haben die Gleitschicht des Betonflusses in a untersucht
Rohr. Choi et al. [5, 6] Die Dicke der Gleitschicht wurde mit Ultraschall gemessen
Geschwindigkeitsprofiler (UVP) in Pumpkreisläufen mit Industrieanlagen und habe das herausgefunden
Es gibt ein 2 mm dicke Schicht entlang der Innenfläche des Rohres. jedoch, die Schicht
Die Dicke kann je nach Mischungsverhältnissen und Rohrkonfiguration variieren.
Kaplan [9] berichteten, dass der Betonfluss in einem Rohr hauptsächlich mit dem zusammenhängt
Viskosität der Gleitschicht und dass ihre Eigenschaften tribometrisch gemessen werden könnten. Er
fanden heraus, dass die Korrelation zwischen den Eigenschaften des Schüttguts, gemessen in a
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Rheometer und die Eigenschaften der Gleitschicht waren schwach. Jacobsen et al. [10] gezeigt von
Bei der Verwendung von farbigem Beton wurde festgestellt, dass das Geschwindigkeitsprofil des Betons dem eines Pfropfens ähnelte
Strömung in der Rohrmitte, und nicht bewegliche Gleitschicht, ähnlich dem in Abbildung gezeigten 1.
Kwon et al.[11, 12] maß die rheologischen Eigenschaften von Beton vor und
Nach dem Pumpen überwachte ich dabei den Druck und die Durchflussrate und stellte fest, dass dies der Fall war
Keine Korrelation zwischen den rheologischen Eigenschaften des Massenbetons, zum Beispiel., Viskosität und Ausbeute
Stress, und Durchflussraten, Es bestand eine starke Korrelation zwischen den Eigenschaften der Gleitschicht
und Durchflussraten. Daraus folgerten sie, dass die Gleitschicht der entscheidende Faktor ist
Vorhersage, dass Beton in einem Rohr fließen wird. Anschließend entwickelten sie ein Tribometer
Das ist ein Koaxialrheometer mit einem glatten Körper aus Stahl oder mit Gummi überzogen
simulieren die Gleitschicht des Rohres.
Ngo et al.[13] beobachtet, dass die Gleitschicht dazwischen liegt 1 mm bis 9 mm dick, durch
Visualisierung des Materialflusses im Rheometer. Er analysierte die Schicht und stellte fest, dass es so war
enthielt Sand mit einer Partikelgröße von weniger als 0.25 mm. Dies würde bedeuten, dass es eine gibt
Wanderung grober Aggregate aus der Nähe der Wand in die Rohrmitte, wo die
Die Schergeschwindigkeit ist geringer als in der Nähe der Wände.
2.3. Pumpdruck
Ein weiterer Faktor beim Pumpen ist der Druck, der auf das Material ausgeübt wird, um es zu bewegen
durch das Rohr. Río et al. [8] zeigte mit einer Vielzahl von Pumpversuchen, dass die
Der Zusammenhang zwischen dem Druck der Pumpe und der Durchflussrate des Materials ist linear:
P k kQ = +1 2 [ 6] Wo 1 k und 2 k sind zwei empirische Parameter, die vom Material und anderen abhängen
experimentelle Bedingungen. Río et al. kam zu dem Schluss, dass die beiden Parameter verwendet werden können
charakterisieren eine bestimmte Mischung. Río et al. [8] befürwortete, dass die Kenntnis dieser
Parameter für eine bestimmte Mischung und einen bestimmten Pumpenkreislauf könnten als Qualitätskontrolle verwendet werden
Werkzeug, um sicherzustellen, dass der ausgeübte Druck ausreicht, um die gewünschte Durchflussrate sicherzustellen.
Feys et al. [14] stellte einen empirischen Zusammenhang zwischen der plastischen Viskosität her
des Betons bei einer Schergeschwindigkeit von 10 s-1 und der Druckgradient in einem Rohr. Wenn der Druck
Steigung ist zu gering, Das Material bewegt sich nicht durch das Rohr. Feys erwähnte zwei
Fragen, die für die Vorhersage der Strömung in einem Rohr relevant sind: 1) Der Gleitschichteinfluss ist sehr groß
wichtig, aber es ist nicht gut verstanden und schwer zu messen; 2) die Scherraten in
Das Rohr ist räumlich und zeitlich unterschiedlich. Eine Lösung für die Wirkung der Gleitschicht
wäre die Messung seiner rheologischen Eigenschaften, wenn es isoliert und extrahiert werden könnte.
Die Modellierung der Strömung in einem Rohr könnte zur Lösung des zweiten Problems beitragen. Feys et al. [14] auch
beobachtete, dass das Pumpen von selbstverfestigendem Beton (SCC) erfordert eine höhere
Druck, während die Streckgrenze nahezu Null ist, aber die plastische Viskosität ist höher
für Normalbeton. Dies könnte an der Gleitschicht liegen (Figur 1) das würde eine erfordern
höhere Scherspannung bei gleicher Schergeschwindigkeit aufgrund der erhöhten Viskosität.